來源 | 巫婆塔里的工程師@知乎

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)包括環(huán)境感知和定位，行為預(yù)測(cè)和規(guī)劃控制。作為自動(dòng)駕駛感知算法工程師，我這里就只說說環(huán)境感知方面需要的知識(shí)吧。

下面是我在自動(dòng)駕駛感知專欄中的一篇概述文章，專欄里也包含了各個(gè)子領(lǐng)域的介紹性文章。

1 前言

本專欄主要關(guān)注自動(dòng)駕駛中的環(huán)境感知任務(wù)，內(nèi)容包括感知技術(shù)的起源，現(xiàn)狀以及最新的發(fā)展趨勢(shì)。感知任務(wù)大多涉及算法設(shè)計(jì)，因此專欄的介紹也以算法為主線，特別是深度學(xué)習(xí)的算法。此外也會(huì)涉及一些數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)測(cè)試，算法部署以及量產(chǎn)感知系統(tǒng)的分析。

自動(dòng)駕駛中的環(huán)境感知包含了自動(dòng)駕駛和環(huán)境感知兩個(gè)概念。首先，什么是自動(dòng)駕駛呢？下面是維基百科上對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的定義。

自動(dòng)駕駛汽車，又稱無人駕駛車、電腦駕駛車、無人車、自駕車，為一種需要駕駛員輔助或者完全不需操控的車輛。作為自動(dòng)化載具，自動(dòng)駕駛汽車可以不需要人類操作即能感測(cè)其環(huán)境及導(dǎo)航。

上述定義里有幾個(gè)關(guān)鍵詞。首先是 汽車，我們這里所說的自動(dòng)駕駛技術(shù)涉及的是汽車，而不是飛機(jī)火車之類的交通工具。其次是 感知環(huán)境和導(dǎo)航，也就是說自動(dòng)駕駛汽車可以自主的采集和理解周邊環(huán)境信息，并根據(jù)設(shè)定的目的地進(jìn)行決策和行進(jìn)。最后是 需要駕駛員輔助或者完全不需操控，這里涉及到自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的分級(jí)，是一個(gè)非常重要的概念，下面稍微展開說一下。

自動(dòng)駕駛技術(shù)不是從0到1的質(zhì)變，而是一個(gè)漸變迭代的過程。關(guān)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的分級(jí)，目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)是由SAE（美國汽車工程師學(xué)會(huì)）制定的。不同機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)略有不同，但是基本的概念是一致的。下表對(duì)L0（人工駕駛）到L5（完全自動(dòng)駕駛）六個(gè)級(jí)別進(jìn)行了總結(jié)。 這些定義可能有些難懂，但是與車輛上不同的功能結(jié)合起來就容易理解了。比如說，汽車中現(xiàn)在標(biāo)配的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）和車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）就都屬于L1級(jí)別。此外，定速巡航、自適應(yīng)巡航（ACC）以及車道保持輔助 （LKA）也屬于L1級(jí)別的范疇，因?yàn)樗鼈冎荒茉谝粋€(gè)方向上（橫向或縱向）操控車輛。如果同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 ACC和LKA，那么這輛車就來到了L2級(jí)別。對(duì)于L2及其以下級(jí)別的系統(tǒng)來說，車輛的駕駛員都需要監(jiān)控周圍環(huán)境并隨時(shí)做好接管的準(zhǔn)備。這一點(diǎn)非常關(guān)鍵，這也是很多L2級(jí)別的車輛出現(xiàn)交通事故的主要原因，也就是駕駛員對(duì)系統(tǒng)期望過高，在駕駛過程中沒有時(shí)刻保持對(duì)周邊環(huán)境的關(guān)注。如果一個(gè)車輛配備了某種Pilot系統(tǒng)，比如Traffic Jam Pilot，那么就達(dá)到了L3級(jí)別。這就意味著，在某些特定的場(chǎng)景下（比如高速公路，堵車等），駕駛員不需要時(shí)刻監(jiān)控當(dāng)前路況，可以松手，松腳，松眼，只需要在系統(tǒng)提示時(shí)接管車輛即可。在這種限定的情況下，駕駛員已經(jīng)成為了乘客。對(duì)于L4級(jí)別的系統(tǒng)，目前只存在于演示車輛中。我們平時(shí)看到的諸如“某廠家的車輛在某道路上實(shí)現(xiàn)了XX小時(shí)無人工接管的自動(dòng)行駛”，這都屬于L4級(jí)別的范疇，與L3最大的區(qū)別是不需要人工接管了，在限定場(chǎng)景下可以實(shí)現(xiàn)車輛的完全自主行駛。L5級(jí)別就是把“限定場(chǎng)景”這個(gè)條件也去掉了。這個(gè)級(jí)別的車輛最大的特點(diǎn)就是沒有方向盤了，所有人都是乘客，車輛的所有操控權(quán)都屬于系統(tǒng)。

了解了自動(dòng)駕駛是什么以后，我們?cè)賮砜纯醋詣?dòng)駕駛系統(tǒng)是怎么實(shí)現(xiàn)的。一般來說， 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)包含感知，決策和控制這三個(gè)主要模塊。粗略來說，這三個(gè)模塊對(duì)應(yīng)生物系統(tǒng)的眼睛，大腦和四肢。感知系統(tǒng)（眼睛）負(fù)責(zé)了解周圍障礙物和道路的信息，決策系統(tǒng)（大腦）根據(jù)周圍的環(huán)境以及設(shè)定的目標(biāo)決定下一步需要執(zhí)行的動(dòng)作，而控制系統(tǒng)（四肢）則負(fù)責(zé)執(zhí)行這些動(dòng)作，比如轉(zhuǎn)向，加速，剎車等。進(jìn)一步來說， 感知系統(tǒng)里又包括了環(huán)境感知和車輛定位兩個(gè)任務(wù)。環(huán)境感知負(fù)責(zé)檢測(cè)各種移動(dòng)和靜止的障礙物（比如車輛，行人，建筑物等），以及收集道路上的各種信息（比如可行駛區(qū)域，車道線，交通標(biāo)志，紅綠燈等），這里需要用到的主要是各種傳感器（比如攝像頭，激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)等）。車輛定位則根據(jù)環(huán)境感知得到的信息來確定車輛在環(huán)境中所處位置，這里需要高精度地圖，以及慣性導(dǎo)航（IMU）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的輔助。